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摘要：通过研究总结国内外桥梁运营和维护中发生的事故带来的经验教训，并在此基础上分析对桥梁安全性和耐久性起到影响的因素，并简要分析解决问题的方法，为桥梁工程的安全持久运营提供一些有意义的参考建议。
关键词：桥梁工程；运营；耐久性；安全性
Abstract: through the research summary of domestic and international bridge operation and maintenance of accident brings experiences and lessons, and based on the analysis of bridge safety and durability effects of factors, and briefly analyzes the methods to solve the problems for the safety of the bridge engineering lasting operation some significant reference to provide advice.
Keywords: bridge engineering; Operation; Durability; safety
中圖分类号：K928.78文献标识码：A 文章编号：
随着我国经济的飞速发展，大桥建设的规模越来越大，跨海大桥的建设也掀起了一股热潮。单单我国就有杭州湾大桥、东海大桥以及苏通大桥等大型桥梁工程立项或者开工中。这些桥梁工程中总长最短的为7公里，最大的达到惊人的38公里。以连接上海陆地和海上深水港的东海大桥工程为例。桥梁一旦出现损伤无法通车，因为没有可以替代大桥的其他交通线将直接影响到集装箱运输，所导致的经济损失不可估算。因此如何使桥梁工程的运营更加具有耐久性和安全性就值得研究。
一、研究背景
通过对一些欧美发达国家桥梁工程的发展研究，我们发现如果桥梁在设计与建造时对桥梁的安全和耐久性考虑不足，在桥梁的运营和维护中将付出惨重的经济代价。1986年一个由欧、美、澳、日等16个国家组成的专家组，对这些国家约80万座水泥混凝土桥梁运营现状进行了细致而又全面的调查，结果显示钢筋锈蚀和冻融破坏是两种损伤桥体的最主要的破坏形式，尤其在雪后使用除冰盐时破坏更加严重。假如要对这些桥梁的损伤进行修复或是更新，其每m2所需要的费用平均高达700美元，远远高于当初建设时的造价。例如，美国92年在维修运营桥梁工程损伤的费用已高达2580亿美元，是当年这些桥梁工程造价的4倍；英国仅英格兰地区的中环线上的11座高架桥，在短短使用了12年便损伤严重，维修翻新费用是当年建设时投入的2亿英镑的六倍达到惊人的12亿英镑。
在我国，因耐久性和安全性不良而导致桥梁过早报废的例子也屡见不鲜，例如仅仅使用了19年的北京西直门立交桥，就因严重剥蚀和钢筋锈蚀破坏等原因不得已于1999年报废重建。造成上述情况的原因是多方面的：建设程序管理体制和过程、设计、施工过程不健全，建成后，后期管理机制不建全。
目前，专家预计我国基础设施工程建设的热潮还将延续20年左右，由于忽视耐久性和安全性，在桥梁运营时，用于维修的费用将数倍于当初建设这些桥梁的投资。同时国家为了加速路桥等公共工程建设，积极鼓励投资公司出资建设，国家则给以一定期限如20至30年的经营收入作为补偿。如果桥梁建设由于缺乏良好的安全性和耐久性可能出现国家收回经营收入之后，桥梁已经严重破坏甚至无法使用的情况。
因此作为桥梁工程工作者有必要在桥梁工程运营的耐久性和安全性上下工夫为国家和纳税人避免不必要的经济损失。
二、桥梁安全性和耐久性差的主要原因
(一)施工养护水平
一般来说施工质量达到规范和设计要求的情况下，桥梁是不会出现突然的破坏和倒塌。典型的问题因素有材料强度不足和施工工艺不合格；也有极少数的情况是因为桥梁存在偷工减料、以次充好等严重的建设质量管理问题，这是对桥梁安全性最致命的损害。很多桥梁在远早于预期使用寿命时，就出现了影响正常使用的损伤。这主要与施工质量低下无法达到施工设计要求有着密切关系，主要问题有钢筋保护层不足及构件开裂问题(主要原因有:水泥选用、混凝土配合比、振捣、养护不当及预应力施加不合理等)。以上施工上的缺陷短期内虽然不会对桥梁的正常使用产生显著的影响，但却会对桥梁结构上造成对耐久性致命的伤害。
(二)设计理论和结构构造体系不够完善
其实目前在桥梁工程设计领域，尤其是在桥梁施工与使用期安全性上的问题还是有许多可供改进的地方。结构设计的首要任务是选择安全耐用和经济合理并重的结构方案，其次是结构分析及构件与连接的设计，要按规范规定的安全系数或可靠性指标以保证结构的安全性。无论从设计和施工还是到使用整个过程经常会出现可避免的人为错误等。有的缺乏结构整体性和延性，冗余性小；有的在图式或者受力路线计算不够明确，造成局部受力过大；有的是因为混凝土的强度等级不足、保护层厚度过薄、钢筋直径过细以及构件截面过薄。这些因素都会削弱结构的耐久性，进而严重影响其结构的安全性。由此可见结构耐久性差已经成为桥梁安全问题中最现实的一个问题，因此设计时一定要从构造、材料等多角度采取得当的措施来加强结构耐久性。合理可靠的结构设计除了要满足规范的要求外，还应要求设计人员具有对结构本性的正确认识、丰富的经验和准确的判断。
三、耐久性和安全性上需要的改进和努力
(一)注重结构的耐久性问题
桥梁在建造和使用过程之前，在设计中一定要考虑到环境的影响、有害化学物质的侵蚀、车辆载重、风、地震、疲劳等人为因素。另外，建设桥梁所选用的材料的随着时间的推移自身性能也就会不断退化，因此结构各部分也就会随着程度不一的损伤和劣化。
(二)加强对桥梁疲劳损伤的研究
桥梁结构要承受的动荷载主要有车辆荷载和风荷载，这类动荷载会在桥梁结构内产生循环变化的应力，除了会引起桥梁结构的振动，还会导致结构的累积疲劳损伤。很多时候桥梁所选用的材料并不是均匀与连续的，这导致实际中存在许多小的缺陷，这些微小缺陷在循环荷载作用下会逐渐发展、合并形成损伤，并慢慢在材料中达到宏观裂纹出现的地步。此时宏观裂纹如果得不到及时有效的控制，材料和结构极有可能出现脆性断裂。往往早期疲劳损伤不易被检测到，但其带来的灾难性的后果往往是十分严重的。因此研究疲劳损伤时应不仅只对整个结构，还要对桥梁结构某些关键部位的进行重点研究，例如斜拉桥拉索锚固端的疲劳损害。
(三)桥梁的超载问题应得到足够重视
通常来说，汽车超载主要有以下三种情况：其一是早期修建的超龄老桥仍在运营无法承受现在的车辆负载，属于一种逆向超载；其二是桥梁所通过的车流量远远超过原设计；其三是车辆违规超载。前两种情况产生的原因主要是设计荷载的变化和交通量的变化；后者是车辆驾驶者违法超载行驶，后两种超载现象是我国公路运输中最为普遍的现象。桥梁的超载除了会引发桥梁疲劳的问题。超载会使桥梁增加疲劳应力幅度、加剧损伤，甚至会出现一些超载所引发的结构破坏事故。另外超载所造成的桥梁内部损伤为不可恢复损伤，将使得桥梁在正常荷载下的工作状态发生变化，从而可能危害桥梁的安全性和耐久性。
(四)注重借鉴国外的经验和成果，加强关键技术的研究
目前我国桥梁设计主要存在的问题是结构正常使用性能差、耐久性和安全性差。作为桥梁工程设计人员应该充分考虑到我国现阶段的施工队伍的施工水平和管理水平以及材料工艺水平，采用现有技术条件下可以取得最适当的安全度来设计方法来保证桥梁使用性能的达标。欧洲国家非常重视对结构物进行性能设计，主要内容包括结构的变形、裂缝、振动、强健性、美观、耐久性能、疲劳性等。这样做是为了使结构在运营过程中除了保证最低的安全性要求外，还应有良好的使用性能。针对我国公路桥梁现存的耐久性问题，要力求在结构体系与构造、结构设计方法、施工工艺与质量控制方法等方面实现桥梁耐久性关键技术的突破。
参考文献：
[1] 彭勃阳, 李文会, 李晓龙, 卢文良. 车辆撞击桥梁分析方法的探讨[A]. 第20届全国结构工程学术会议论文集（第Ⅱ册）[C], 2011.
[2] 吴海军,陈艾荣. 桥梁结构耐久性设计方法研究[J]. 中国公路学报, 2004,(03) .
[3] 金伟良,牛荻涛. 工程结构耐久性与全寿命设计理论[A]. 第20届全国结构工程学术会议论文集（第Ⅰ册）[C], 2011 .
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词：桥梁工程；运营；耐久性；安全性
Abstract: through the research summary of domestic and international bridge operation and maintenance of accident brings experiences and lessons, and based on the analysis of bridge safety and durability effects of factors, and briefly analyzes the methods to solve the problems for the safety of the bridge engineering lasting operation some significant reference to provide advice.
Keywords: bridge engineering; Operation; Durability; safety
中圖分类号：K928.78文献标识码：A 文章编号：
随着我国经济的飞速发展，大桥建设的规模越来越大，跨海大桥的建设也掀起了一股热潮。单单我国就有杭州湾大桥、东海大桥以及苏通大桥等大型桥梁工程立项或者开工中。这些桥梁工程中总长最短的为7公里，最大的达到惊人的38公里。以连接上海陆地和海上深水港的东海大桥工程为例。桥梁一旦出现损伤无法通车，因为没有可以替代大桥的其他交通线将直接影响到集装箱运输，所导致的经济损失不可估算。因此如何使桥梁工程的运营更加具有耐久性和安全性就值得研究。
一、研究背景
通过对一些欧美发达国家桥梁工程的发展研究，我们发现如果桥梁在设计与建造时对桥梁的安全和耐久性考虑不足，在桥梁的运营和维护中将付出惨重的经济代价。1986年一个由欧、美、澳、日等16个国家组成的专家组，对这些国家约80万座水泥混凝土桥梁运营现状进行了细致而又全面的调查，结果显示钢筋锈蚀和冻融破坏是两种损伤桥体的最主要的破坏形式，尤其在雪后使用除冰盐时破坏更加严重。假如要对这些桥梁的损伤进行修复或是更新，其每m2所需要的费用平均高达700美元，远远高于当初建设时的造价。例如，美国92年在维修运营桥梁工程损伤的费用已高达2580亿美元，是当年这些桥梁工程造价的4倍；英国仅英格兰地区的中环线上的11座高架桥，在短短使用了12年便损伤严重，维修翻新费用是当年建设时投入的2亿英镑的六倍达到惊人的12亿英镑。
在我国，因耐久性和安全性不良而导致桥梁过早报废的例子也屡见不鲜，例如仅仅使用了19年的北京西直门立交桥，就因严重剥蚀和钢筋锈蚀破坏等原因不得已于1999年报废重建。造成上述情况的原因是多方面的：建设程序管理体制和过程、设计、施工过程不健全，建成后，后期管理机制不建全。
目前，专家预计我国基础设施工程建设的热潮还将延续20年左右，由于忽视耐久性和安全性，在桥梁运营时，用于维修的费用将数倍于当初建设这些桥梁的投资。同时国家为了加速路桥等公共工程建设，积极鼓励投资公司出资建设，国家则给以一定期限如20至30年的经营收入作为补偿。如果桥梁建设由于缺乏良好的安全性和耐久性可能出现国家收回经营收入之后，桥梁已经严重破坏甚至无法使用的情况。
因此作为桥梁工程工作者有必要在桥梁工程运营的耐久性和安全性上下工夫为国家和纳税人避免不必要的经济损失。
二、桥梁安全性和耐久性差的主要原因
(一)施工养护水平
一般来说施工质量达到规范和设计要求的情况下，桥梁是不会出现突然的破坏和倒塌。典型的问题因素有材料强度不足和施工工艺不合格；也有极少数的情况是因为桥梁存在偷工减料、以次充好等严重的建设质量管理问题，这是对桥梁安全性最致命的损害。很多桥梁在远早于预期使用寿命时，就出现了影响正常使用的损伤。这主要与施工质量低下无法达到施工设计要求有着密切关系，主要问题有钢筋保护层不足及构件开裂问题(主要原因有:水泥选用、混凝土配合比、振捣、养护不当及预应力施加不合理等)。以上施工上的缺陷短期内虽然不会对桥梁的正常使用产生显著的影响，但却会对桥梁结构上造成对耐久性致命的伤害。
(二)设计理论和结构构造体系不够完善
其实目前在桥梁工程设计领域，尤其是在桥梁施工与使用期安全性上的问题还是有许多可供改进的地方。结构设计的首要任务是选择安全耐用和经济合理并重的结构方案，其次是结构分析及构件与连接的设计，要按规范规定的安全系数或可靠性指标以保证结构的安全性。无论从设计和施工还是到使用整个过程经常会出现可避免的人为错误等。有的缺乏结构整体性和延性，冗余性小；有的在图式或者受力路线计算不够明确，造成局部受力过大；有的是因为混凝土的强度等级不足、保护层厚度过薄、钢筋直径过细以及构件截面过薄。这些因素都会削弱结构的耐久性，进而严重影响其结构的安全性。由此可见结构耐久性差已经成为桥梁安全问题中最现实的一个问题，因此设计时一定要从构造、材料等多角度采取得当的措施来加强结构耐久性。合理可靠的结构设计除了要满足规范的要求外，还应要求设计人员具有对结构本性的正确认识、丰富的经验和准确的判断。
三、耐久性和安全性上需要的改进和努力
(一)注重结构的耐久性问题
桥梁在建造和使用过程之前，在设计中一定要考虑到环境的影响、有害化学物质的侵蚀、车辆载重、风、地震、疲劳等人为因素。另外，建设桥梁所选用的材料的随着时间的推移自身性能也就会不断退化，因此结构各部分也就会随着程度不一的损伤和劣化。
(二)加强对桥梁疲劳损伤的研究
桥梁结构要承受的动荷载主要有车辆荷载和风荷载，这类动荷载会在桥梁结构内产生循环变化的应力，除了会引起桥梁结构的振动，还会导致结构的累积疲劳损伤。很多时候桥梁所选用的材料并不是均匀与连续的，这导致实际中存在许多小的缺陷，这些微小缺陷在循环荷载作用下会逐渐发展、合并形成损伤，并慢慢在材料中达到宏观裂纹出现的地步。此时宏观裂纹如果得不到及时有效的控制，材料和结构极有可能出现脆性断裂。往往早期疲劳损伤不易被检测到，但其带来的灾难性的后果往往是十分严重的。因此研究疲劳损伤时应不仅只对整个结构，还要对桥梁结构某些关键部位的进行重点研究，例如斜拉桥拉索锚固端的疲劳损害。
(三)桥梁的超载问题应得到足够重视
通常来说，汽车超载主要有以下三种情况：其一是早期修建的超龄老桥仍在运营无法承受现在的车辆负载，属于一种逆向超载；其二是桥梁所通过的车流量远远超过原设计；其三是车辆违规超载。前两种情况产生的原因主要是设计荷载的变化和交通量的变化；后者是车辆驾驶者违法超载行驶，后两种超载现象是我国公路运输中最为普遍的现象。桥梁的超载除了会引发桥梁疲劳的问题。超载会使桥梁增加疲劳应力幅度、加剧损伤，甚至会出现一些超载所引发的结构破坏事故。另外超载所造成的桥梁内部损伤为不可恢复损伤，将使得桥梁在正常荷载下的工作状态发生变化，从而可能危害桥梁的安全性和耐久性。
(四)注重借鉴国外的经验和成果，加强关键技术的研究
目前我国桥梁设计主要存在的问题是结构正常使用性能差、耐久性和安全性差。作为桥梁工程设计人员应该充分考虑到我国现阶段的施工队伍的施工水平和管理水平以及材料工艺水平，采用现有技术条件下可以取得最适当的安全度来设计方法来保证桥梁使用性能的达标。欧洲国家非常重视对结构物进行性能设计，主要内容包括结构的变形、裂缝、振动、强健性、美观、耐久性能、疲劳性等。这样做是为了使结构在运营过程中除了保证最低的安全性要求外，还应有良好的使用性能。针对我国公路桥梁现存的耐久性问题，要力求在结构体系与构造、结构设计方法、施工工艺与质量控制方法等方面实现桥梁耐久性关键技术的突破。
参考文献：
[1] 彭勃阳, 李文会, 李晓龙, 卢文良. 车辆撞击桥梁分析方法的探讨[A]. 第20届全国结构工程学术会议论文集（第Ⅱ册）[C], 2011.
[2] 吴海军,陈艾荣. 桥梁结构耐久性设计方法研究[J]. 中国公路学报, 2004,(03) .
[3] 金伟良,牛荻涛. 工程结构耐久性与全寿命设计理论[A]. 第20届全国结构工程学术会议论文集（第Ⅰ册）[C], 2011 .
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。